Cụ thể, nhóm nghiên cứu đến từ Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc cho hay, các tấm pin hydrovoltaic (tạm dịch: thuỷ điện tử) chạy bằng năng lượng mặt trời (HHC) thông thường cần ánh sáng mặt trời để hoạt động. Tuy nhiên, tấm pin do nhóm phát triển không cần ánh sáng mặt trời, có khả năng chống gió và độ ẩm. Do đó, thiết bị này có thể sử dụng ở những nơi có môi trường khắc nghiệt như sa mạc và trong bóng tối.
Nhóm nghiên cứu viết trong bài báo cáo trên tạp chí Nature Communications: “Chúng tôi chế tạo một tấm pin thuỷ điện kín (HHC) để thu nhiệt từ xung quanh và đã giải quyết được hoàn toàn các hạn chế do môi trường. Chúng tôi dự đoán tấm pin thuỷ điện tử kín và hiệu ứng thuỷ điện tuần hoàn bên trong sẽ cho phép tạo ra điện với chi phí thấp, dễ tiếp cận và có khả năng ứng dụng rộng rãi.”
Các nhà nghiên cứu giải thích, tấm pin mà họ phát triển đạt sản lượng điện ổn định trong 160 giờ với mức tiêu thụ nước không đáng kể. Nhờ đó, thiết bị này có nhiều khả năng hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt như sa mạc, nơi khan hiếm nước, rừng mưa nhiệt đới ẩm và các công trình ngầm.
Sản xuất năng lượng thuỷ điện tử là nguồn năng lượng xanh có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hoá thạch. Tuy nhiên, ứng dụng của máy tạo năng lượng thuỷ điện tử lại bị hạn chế bởi các môi trường như ánh sáng và gió. Nhóm nghiên cứu cho biết, các phương pháp khai thác năng lượng hiện tại đòi hỏi độ ẩm thấp và liên tục tiêu thụ nước.
Để khắc phục những thách thức này, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một hộp kín với một máy phát điện bên trong. Hộp làm từ than đen và giấy lụa để tạo điều kiện cho hoạt động mao dẫn (khi chất lỏng di chuyển qua hoặc trong không gian nhỏ mà không cần đến trọng lực hay tác động từ bên ngoài).
Nhóm cho hay: “Những biến động nhẹ về nhiệt độ môi trường xung quanh và lớp thấm hút không đồng nhất được thiết kế để sẽ điều kiện cho quá trình bay hơi liên tục, cùng dòng chảy mao dẫn bên trong hộp kín, theo đó hình thành nên quá trình tuần hoàn nước.”
Nhiệt độ môi trường, là nguồn năng lượng cấp thấp vô tận, được khai thác thông qua quá trình bay hơi mao dẫn và chuyển hóa thành điện năng. Các nhà khoa học giải thích: “Dù tấm pin HHC có điện áp hở mạch ở mức vừa phải nhưng do không tiêu thụ nước nên thiết bị này vẫn có hiệu quả bảo tồn năng lượng cao nhất.”
Nhóm cũng phát hiện ra một hiệu ứng điện tử tuần hoàn nội bộ chưa từng được biết đến, thông qua việc nghiên cứu khả năng thu năng lượng trong tấm pin. Ngoài ra, nghiên cứu cũng cho thấy rằng sự dao động liên tục của nhiệt độ - vốn thường ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình thu năng lượng, lại có thể cho phép tấm pin sản xuất năng lượng ổn định thông qua hoạt động tuần hoàn kín.
Theo nhóm nghiên cứu, tính ứng dụng cao, sản lượng ổn định và không tiêu thụ nước sẽ giúp thiết bị này trở nên hiệu quả trong nhiều điều kiện hoạt động khác nhau.
Vu Lam
